Мониторинг загрязнения атмосферного воздуха

Дистиллированная вода вместе с чистыми колбами для отбора проб осадков высылается на станцию из лаборатории в закрытых полиэтиленовых колбах.

В зимний период перед началом выпадения твердых осадкой (снега) выносят кювету (ванночку), закрытую крышкой или другой кюветой на метеоплощадку и устанавливают ее на столе внутри ветровой защиты. В момент начала выпадения снега крышку снимают и убирают в полиэтиленовый пакет. Если снег идет с перерывами, то на время перерыва кювету необходимо закрывать крышкой. По окончании выпадения снега кювету закрывают крышкой и переносят в помещение. Таяние снега происходит в удаленной от источников обогрева закрытой кювете при комнатной температуре.

В помещении метеостанции собранные недельные или месячные пробы осадков переливают в колбу вместимостью 0,5 или 1,0 дм3, плотно закрывают ее крышкой и убирают в темное прохладное место (шкаф или ящик). При наполнении одной колбы используют другие свободные колбы. Однако следует помнить, что нельзя смешивать осадки, выпавшие в течение разных недель или месяцев.

Единичные пробы жидких осадков хранят и транспортируют в тех колбах, в которые они были собраны. При отборе проб твердых осадков талую воду сливают в колбу, предназначенную для хранения единичной пробы, после заполнения одной колбы остаток переливают в другую колбу. В случае продолжительного дождя или снегопада необходимо собрать их полное количество, при этом могут быть последовательно заполнены несколько колб. Пробы рекомендуется хранить при температуре +5°С.

Если объем суммарной или единичной пробы оказался меньше 10 см³, то ее выливают, так как такого объема недостаточно для проведения анализа. Освободившуюся колбу ополаскивают дистиллированной водой, закрывают пробкой и в дальнейшем снова используют для отбора проб. Однако, если программой исследования предусмотрено измерение pH или других параметров сразу после выпадения осадков, то в этом случае используется и количество осадков, меньшее 10 см³.

Сборную колбу, кювету (ванночку) после переливания из них осадков, а также крышку от кюветы ополаскивают дистиллированной водой. Стряхивают остатки воды, закрывают их соответствующими крышками, укладывают раздельно в полиэтиленовые пакеты и готовые к следующему употреблению хранят в шкафу или специальном ящике. В таблице ТНХО-1 или ТНХО-2 указывают номер колбы и необходимые сведения.

В конце каждого месяца воронку (в теплый период) или кюветы (в холодный период) промывают теплой водой с хозяйственным мылом, затем теплой чистой водой, после чего ополаскивают дистиллированной водой не менее трех раз и помещают в чистые полиэтиленовые пакеты, присылаемые из лаборатории. Использование для мытья сборных устройств синтетических стиральных порошков и питьевой соды категорически запрещается, поскольку следы этих веществ при последующем ополаскивании водой полностью не удаляются и могут быть причиной искажения химического состава осадков. В помещении, где находятся пробы осадков, нельзя хранить химические вещества бытового и производственного характера (поваренную соль, растворы аммиака, кислот, оснований и т.д.).

Химический состав проб осадков трансформируется как со временем, так и при смешивании отдельных проб для получения суммарной (недельной, месячной), поэтому рекомендуется производить измерение неустойчивых параметров в пункте отбора проб сразу после выпадения осадков, например водородного показателя pH, кислотности (щелочности) атмосферной воды. В связи с этим в программу работ на станциях по особому указанию могут быть включены измерения pH и удельной электропроводности. При отсутствии возможности проведения инструментальных измерений можно получить качественную оценку кислотности (щелочности) путем определения реакции воды проб осадков с помощью смешанного индикатора.

Смешанный индикатор готовят в лаборатории из метилового красного (0,2%-ный раствор в спирте) и метиленового голубого (0,1%-ный раствор в спирте) в объемном соотношении 1:1. В кислой среде окраска индикатора красно-фиолетовая, в щелочной - зеленая. При значении pH, равном 5,4, происходит изменение окраски индикатора на серую [2, 3]. Индикатор следует хранить в темной капельнице, обернутой черной бумагой. Срок хранения индикатора 3 - 4 мес.

Для определения реакции пробы осадков наливают до метки в пробирку 5 см³ собранную воду, добавляют из капельницы 2 - 3 капли индикатора, закрывают пробирку пробкой, хорошо перемешивают содержимое. Наблюдаемый цвет раствора (красно-фиолетовый, зеленый или серый) записывают в таблицу ТНХО-1 или ТНХО-2. После этого раствор из пробирки выливают в канализацию, пробирку и пробку ополаскивают несколько раз дистиллированной водой, высушивают в сушильном шкафу (или на воздухе) и хранят в чистом полиэтиленовом пакете.

Пробирки после использования в течение месяца отправляют в лабораторию для более тщательной обработки, откуда они снова поступают на станцию вместе с чистыми колбами и дистиллированной водой.

В лаборатории определяют массу собранной воды. Для этого взвешивают все сосуды, в которые собраны в течение месяца единичные и слитые суммарные (недельная, месячная) пробы осадков с точностью 0,1 г, из полученных значений вычитают массу пустых сосудов, определяя тем самым массу (M) собранной воды. Значение M в граммах записывают в таблицу ТНХО-1 или ТНХО-2.

Эффективность или полноту отбора пробы определяют, сопоставляя фактически собранный объем пробы с рассчитанным как произведение площади приемной поверхности воронки или кюветы на количество выпавших осадков за тот или иной период отбора. Поскольку плотность осадков вследствие чрезвычайно малой минерализации близка к плотности воды, равной единице, то масса собранной воды в граммах равна ее объему, выраженному в см3.

Эффективность отбора проб (з%) рассчитывают по формуле:

где M - масса пробы в граммах, равная ее объему в см3;

h - количество осадков по стандартному осадкомеру, см;

S - площадь приемной поверхности воронки или кюветы, см2.

При отборе проб атмосферных осадков проводят следующие наблюдения:

при отборе суммарных проб в начале выпадения осадков измеряют направление (в градусах) и скорость (м/с) ветра, температуру воздуха (°С);

проводят измерение количества осадков за период выпадения каждого дождя и снегопада;

при отборе единичной пробы в начале отбора пробы, кроме направления, скорости ветра и температуры воздуха измеряют относительную влажность, определяют количество и форму облачности, проводят измерение осадков за период выпадения отдельного дождя или снегопада. При наличии на станции гигрографа желательно проследить ход изменения влажности во время выпадения осадков и указать пределы их колебания.

Сеть наблюдений за загрязнением природной среды на основе снегомерной съемки (СНЗС) функционирует на базе действующей в Госкомгидромете СССР сети снегомерной съемки. Основной задачей сети наблюдений за загрязнением снежного покрова является отбор проб снега для последующего определения концентраций загрязняющих веществ, получения количественных оценок объема выпадения и переноса веществ на территории СССР (включая трансграничный перенос).

Работа по определению загрязнения снежного покрова на сети включает два этапа: отбор проб и их первичную обработку на гидрометеорологических станциях и анализ проб в химических лабораториях.

Отбор проб производится один раз в год в период максимального накопления влагозапаса в снеге попутно с проведением измерений плотности снега и влагозапаса на снегомерном маршруте.

По данным многолетних наблюдений, отбор проб снега производится: в Эстонском, Латвийском, Литовском, Белорусском, Украинском УГМ во II, III декадах февраля; в Уральском, Башкирском, ЦЧО, Приволжском УГМ - в III декаде февраля - Ш декаде марта; в Верхневолжском, Северо-Западном УГМ и МосЦГНС - во II-III декадах марта; в Мурманском и Северном УГМ - в III декаде марта - I декаде апреля; в Омском (севернее 62° с. ш.), Красноярском (северная часть), Якутском, Колымском, Дальневосточном (северная часть) УГМ - во II, III декадах апреля; в Амдерминском, Тиксинском, Диксонском и Певекском УГМ - в III декаде апреля - II декаде мая; в Омском (южная часть), Красноярском (южная часть), Иркутском, Забайкальском, Западно-Сибирском, Дальневосточном (южная часть), Приморском, Сахалинском УГМ - во II, III декадах марта; в Казахском УГМ, в Северо-Казахстанской, Кустанайской, Кокчетавской, Павлодарской областях - во II, III декадах февраля; в Актюбинском, Целиноградской, Семипалатинской областях - в I, II декадах февраля.

Работы на СНЗС выполняются по программам двух видов. Программа первого вида выполняется почти 50% станций. В лабораториях УГМ и централизованных лабораториях измеряют: кислотность (pH), электропроводность, концентрацию водорастворимых соединений - сульфатов, нитратов, хлоридов, аммония, калия, натрия, магния, кальция, тяжелых металлов, ПАУ, а для отдельных районов - ряда специфических соединений, перечень которых устанавливается специальным заданием Госкомгидромета СССР по согласованию с УГМ. Программа второго вида (изучение водорастворимых загрязняющих веществ) выполняется на всех станциях СНЗС. В лабораториях УГМ определяют: кислотность (pH), электропроводность, концентрацию сульфатов, нитратов, аммония, хлоридов, калия, натрия, магния, кальция.

Организация наблюдений и отбор проб на снегомерных маршрутах

Для отбора проб снега используются следующие вспомогательные устройства и материалы: стандартный снегомер-плотномер, снегомерная рейка; полиэтиленовый пакет вместимостью 10 - 12 дм3 или полиэтиленовое ведро с крышкой для пробы снега; полиэтиленовая пленка - подкладка под крышку ведра размером 50ґ50 см³.

Проба снега с каждого снегомерного маршрута (полевого или лесного) объединяет отдельные керны снега, взятые для определения плотности снега в начале, середине и конце маршрута. Необходимо выбирать точки отбора так, чтобы пробы приблизительно характеризовали среднюю высоту снежного покрова на данном маршруте. Количество кернов снега (n) в пробе определяется на месте исходя из условия получения общего объема воды в одной пробе не менее 2,5 дм3 и может быть вычислено по формуле:

где n - количество кернов снега;

х - требуемый объем воды в пробе, х = 2500 см³ (г);

с - плотность снега (с ? 0,25 г./см3);

S - площадь сечения трубы снегомера-плотномера (S = 50 см²);

h - средняя высота снежного покрова на маршруте, см.

При высоте снежного покрова более 60 см количество кернов снега в пробе не должно быть меньше 3. Каждый керн снега вырезается на полную глубину снежного покрова. Следует избегать захвата снегомером частиц грунта. Перед ссыпанием снега в полиэтиленовое ведро или пакет необходимо тщательно очистить нижний конец снегомера и снежного керна от грунта и растительных включений. Пробы снега доставляются на метеостанцию в плотно закрытых полиэтиленовых ведрах или пакетах. Разрешается уплотнение снега в ведре или пакете руками через полиэтиленовую пленку.

При отборе пробы на снегомерном маршруте фиксируются следующие данные: место отбора пробы (название метеостанции); дата отбора пробы; дата установления устойчивого снежного покрова; тип маршрута (полевой, лесной); средний влагозапас в снеге (в мм) на маршруте в день отбора пробы; суммарное количество атмосферных осадков (по осадкомеру), выпавших со дня установления устойчивого снежного покрова; средняя высота снега, измеренная в местах взятия кернов снега; количество кернов снега в пробе; средняя плотность снега на маршруте в день отбора пробы; наличие или отсутствие проталин или оголенных участков вблизи места отбора пробы

Предварительная обработка проб на метеостанциях (постах) при выполнении программы первого вида

Для обработки проб на метеостанциях при выполнении программы первого вида необходимы следующие вспомогательные устройства и материалы:

Фильтры «синяя лента» диаметром 15 см, предварительно взвешенные в лаборатории УГМ, снабженные этикеткой с указанием массы и упакованные в полиэтиленовый пакет.

Стеклянная воронка диаметром 10 - 15 см.

Колба или бутылка для отфильтрованной воды (фильтрата) вместимостью 800 - 1000 см³.

Лабораторные стаканы вместимостью 800 - 1000 см³ для растапливания снега - 1 - 2 шт.

Бутылки (стеклянные или полиэтиленовые) для заполнения отфильтрованной водой пробы снега общим объемом 4 дм3.

Сопроводительный лист

(заполняется на метеостанции)

Место отбора пробы (метеостанция).

Дата отбора пробы.

Дата установления устойчивого снежного покрова.

Тип маршрута (полевой, лесной, болотный и т.д.).

Средний влагозапас в снеге на маршруте, к моменту отбора пробы, мм.

Суммарное количество атмосферных осадков (по осадкомеру), выпавших со дня установления устойчивого снежного покрова до момента отбора пробы снега, мм.

Средняя высота снега, измеренная при отборе кернов снега, мм.

Количество кернов снега в пробе, шт.

Средняя плотность снега на маршруте, при отборе пробы снега.

Общий объем воды в пробе.

Наличие или отсутствие проталин или оголенных участков вблизи мест отбора пробы.

Даты, когда дневные температуры атмосферного воздуха были положительными (превышали 0°).

Масса чистого фильтра, использованного при фильтровании (указана на этикетке).

Столовая ложка из нержавеющей стали или полиэтилена для перекладывания снега в стаканы и придерживания нерастаявшего кома снега в стакане во время слива растопленной части пробы из стакана на фильтр.

Кружок из полиэтиленовой пленки диаметром 20 см для закрывания воронки с фильтром во время фильтрации, при сушке или остановке в работе.

Пинцет для извлечения растительных включений в снеге.

Мензурка вместимостью 0,5 - 1 дм3.

Доставленную со снегомерного маршрута на метеостанцию пробу до начала обработки необходимо хранить на холоде, не допуская ее таяния. Предварительная обработка проб ставит своей целью разделить жидкую и твердую фазы пробы для раздельного определения в этих фазах химического состава и концентраций загрязняющих веществ.

К предварительной обработке проб предъявляются следующие основные требования: растапливанию и фильтрованию подлежит весь объем пробы; выполнение операции фильтрования следует проводить непосредственно в момент растапливания снега, так как при хранении талой воды в течение 4 - 5 ч на стенках сосуда, у поверхности, образуется несмываемая жирная сажистая пленка углеводородных соединений, захватывающая часть тонкодисперсной фракции твердых частиц, что приводит к непригодности пробы для анализа на углеводородные соединения и искажает истинное содержание в пробе других ингредиентов; осадок твердых частиц должен быть полностью перенесен на фильтр. Фильтр должен плотно прилегать к стенкам воронки, при фильтровании к нему прикасаться нельзя. Во избежание повреждения фильтра следует предохранять его от попадания комков нерастаявшего снега.

Для растапливания снег переносят в стаканы, при этом из него пинцетом выбирают и отбрасывают веточки, листья, хвою, траву и другие растительные остатки. Выбирать их с поверхности фильтра нельзя. Крупные одиночные растительные включения следует извлечь из талой воды в стакане, так как они не являются составной частью антропогенного загрязнения. Извлечение из пробы растительных включений необходимо потому, что включения, попадая на фильтр, увеличивают его массу, и следовательно, снижают значение определяемых концентраций загрязняющих веществ. Растапливание снега производится при комнатной температуре. Для ускорения работы первые порции снега в стаканах можно слегка подогреть на водяной бане при температуре не выше 40°С. После образования первой порции воды форсировать растапливание снега не следует, поскольку процесс фильтрации, обычно идет медленнее, чем тает снег при комнатной температуре.

По мере накопления талой воды в стаканах ее сливают на фильтр. При этом необходимо следить, чтобы воронка была заполнена водой не более чем на 3/4 высоты. Заполнение ее до краев или перелив недопустимы. При сливе воды следует придерживать снежный ком в стакане ложкой или стеклянной палочкой. Отфильтрованную талую воду (фильтрат), замерив ее объем с точностью до 10 см³, переливают в бутылки; при этом фиксируют общий объем талой воды, полученной из пробы снега. По окончании фильтрования талой воды, когда измерен ее общий объем, тщательно переносят из стаканов осадок твердых частиц на фильтр. Затем стаканы ополаскивают небольшой порцией фильтрата (из бутылок) объемом 10 - 15 см³, слегка взбалтывают у дна стакана, не размазывая осадок по стенкам, и резким движением переводят раствор на фильтр. Эту операцию повторяют несколько раз. Полноту смыва осадка контролируют просмотром стакана на свет. Для пересылки в химическую лабораторию отливают в стеклянные или полиэтиленовые бутылки 2 дм3 фильтрата.

По окончании фильтрования фильтр с осадком оставляют в воронке для просушки в течение суток. При этом воронку прикрывают куском полиэтиленовой пленки. Просушенный фильтр осторожно извлекают пинцетом из воронки, складывают и вкладывают в пакет с этикеткой, на которой указана предварительная масса фильтра. На той же этикетке пишут название метеостанции. Край пакета заворачивают и заклеивают куском липкой или изоляционной ленты или лейкопластыря. Не сворачивая, пакет упаковывают в бумагу или помещают в конверт.

Бутылки, содержащие фильтрат, закупоривают, пробки заливают стеарином или сургучом, обвязывают полиэтиленовой пленкой и упаковывают в ящик, тщательно обвернув ветошью или соломой. К пакету с фильтром и к ящику с бутылками прилагается один экземпляр сопроводительного листа (см. табл. 5.1). Упакованные фильтр с осадком и фильтрат в бутылках пересылаются в химико-аналитическую лабораторию УГМ.

Предварительная обработка проб на метеостанциях при выполнении программы второго вида

При выполнении программы второго вида необходимы следующие средства измерения, вспомогательные устройства и материалы:

Мерный сосуд вместимостью 0,5 - 1 дм3 с делениями 10 см³

Стеклянная или пластмассовая воронка диаметром 5 - 10 см

Бутылки стеклянные или полиэтиленовые вместимостью 0,5 - 1 дм3 общим объемом 2,5 дм3 для переливания талой воды

Полиэтиленовое ведро с крышкой вместимостью 8 - 10 дм3 для растапливания пробы.

Доставленную со снегомерного маршрута пробу растапливают при комнатной температуре в закрытом крышкой или пленкой полиэтиленовом ведре и отстаивают в течение 1 сут (предварительно ведро тщательно промывают дистиллированной водой). 2 дм3 отстоявшейся воды осторожно, не взмучивая осадок, переливают в бутылку, замерив ее объем. Бутылки герметично закрывают пробкой, наклеивают этикетки с надписью «Неотфильтрована». Затем измеряют всю оставшуюся в ведре воду и фиксируют общий объем талой воды из пробы снега. Бутылки упаковывают и отсылают в химическую лабораторию УГМ.

Таблица, содержащая сведения, полученные в процессе проведения отбора и обработки проб, и ряд данных, характеризующих период формирования снежного покрова, заполняется после выполнения работы на метеостанции. Для составления этой таблицы на каждой метеостанции (посту) необходимо вести систематические записи в отдельной тетради, дублирующие записи основного журнала метеонаблюдений. Эта таблица является сопроводительным документом к пробе.

Заключение

Сеть наблюдений и контроля загрязнения атмосферного воздуха является в настоящем и будущем единственным экспериментальным средством оценки состояния загрязнения атмосферного воздуха и применимости математических моделей рассеяния примесей в атмосфере. Общими задачами сети являются:

повышение эффективности, качества, надежности и достоверности данных наблюдений;

внедрение новых методов многокомпонентного анализа примесей в атмосферном воздухе и в отходящих газах:

достижение оптимального соотношения используемых в различных городах и населенных пунктах методов ручного отбора и анализа проб воздуха и полуавтоматических методов, повышение автоматизации средств измерений;

повышение оперативности сбора, обработки, передачи и использования данных наблюдений в задачах контроля и регулирования уровней загрязнения атмосферного воздуха;

установление тенденций и причин изменения уровней загрязнения атмосферного воздуха.

Оптимальным может быть вариант совмещения задач исследования характера и причин изменения уровней загрязнения атмосферного воздуха. Однако существующая сеть наблюдений в силу различных причин не способна выполнить эти условия. Поэтому для совершенствования организации наблюдений состояния атмосферного воздуха и контроля выбросов должны использоваться методы математического моделирования, оценки загрязнения снежного покрова, аэрокосмические и лазерные дистанционные методы.

Наземные посты наблюдений должны оборудоваться современными высокочувствительными и селективными приборами и системами оценки качества атмосферного воздуха в реальном масштабе времени. С учетом данных комплексного обследования состояния загрязнения атмосферного воздуха на территории города или населенного пункта должна разрабатываться программа оптимизации сети наблюдений. Немаловажными являются выборка и статистическая обработка данных экспериментальных наблюдений.

Список использованной литературы

1) Абанина Е.Н., Зенюкова О.В., Сухова Е.А. Комментарий к Федеральному закону от 10 января 2002 г. №7-ФЗ"Об охране окружающей среде, 2-е издание, переработанное и дополненное. - Система ГАРАНТ, 2007 г.

2) Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология. М.: Издательское объединение ЮНИТИ, 2008.

3) Алисов Б.П., Полтараус Б.В. Климатология. - М.: Изд. МГУ, 2004. - 299 с.

4) Ашимхиной Т.Я. Экологический мониторинг. М. 2005 - 416 с

5) Багров Н.А. Аналитическое представление последовательности метеорологических полей посредством естественных ортогональных составляющих // Труды ЦИП. - 1959. - Вып.74. - С. 3-24.

6) Безуглая Э.Ю. Метеорологический потенциал и климатические особенности загрязнения воздуха городов - М.: Гидрометеоиздат, 1990. - 184 с.

7) Безуглая Э.Ю., Клинго В.В. О структуре поля концентрации в городском воздухе // Труды ГГО. - 1993. - Вып.293. - С. 60 - 67.

8) Безуглая Э.Ю., Клинко В.В. Статистический метод оценки влияния метеорологических условий на содержание примесей в атмосфере // Труды ГГО. - 1974. - Вып.314. - С. 152 - 164.

9) Безуглая Э.Ю., Ивлева Т.П. Формальдегид в атмосфере городов. В Сб. «Вопросы охраны атмосферы от загрязнения» НПК «Атмосфера». №1 СПб., 2003.

10) Генихович Е.Л., Гущин В.А., Сонькин Л.Р. О возможности прогноза загрязнения воздуха методом распознавания образов // Труды ГГО. - 1973. - Вып.293. - С. 21-25.

11) Зражевский И.М., Шишкин А.М. Основные принципы классификации источников выбросов вредных веществ в атмосферу // Тр. ГГО. 1984. Вып. 479. С. 98 - 104.

12) Методические указания: Регулирование выбросов при неблагоприятных метеорологических условиях. РД 52.04.52 - 85. - Л.: Гидрометеоиздат. 1987. - 52 с.

13) Мещерская А.В., Руховец Л.В., Юдин М.И., Яковлева И.И. Естественные составляющие метеорологических полей. - Л.: Гидрометеоиздат, 1970. - 200 с.

14) Монолова Л., Тенёва М. Результаты изучения запылённости приземной атмосферы по данным содержания пыли в воздухе // Гидрология и метеорология. - 2007. - №4. - С. 45-52.

15) Мрозе Х., Вармбт З. Регистрация содержания сернистого газа на окраине большого города // Метеорологические аспекты загрязнения атмосферы. - Л.: Гидрометеоиздат, 2001. - С. 269-280.

16) Методические указания по производству и обработке наблюдений за общим содержанием атмосферного озона. М.: Гидрометеоиздат, 2001. 45 с.

17) Методические указания по регистрации составляющих радиационного баланса. М.: Гидрометеоиздат, 1996. С. 135.

18) Методы определения приоритетных загрязняющих веществ на фоновом уровне для объектов окружающей среды. М.: Гидрометеоиздат, 1982. С. 102 - 115.

19) Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек. - М, 2007.

20) Немец С.М., Чарыков А.К., Першина Н.А., Лободина М.Т. Фотометрическое определение содержания нитрат-иона в атмосферных осадках // Вестник ЛГУ. Химия. 1996. №2. С. 57 - 61.

21) Немец С.М., Зуева В.Л., Туркин Ю.И. Флотационное концентрирование и атомно-абсорбционное определение кадмия и свинца при анализе атмосферных осадков // Аналит. химия. 1993. Т. 38. №10. С. 1782-1786.

22) Першина Р.А., Сонькин Л.Р. Возможность прогнозирования загрязнения городского воздуха методом линейного регрессионного анализа // Труды ГГО. - 1997. - Вып.387. - С. 47-51.

Размещено на Allbest.ru